汽车转向系统的现状及发展趋势

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1、汽车转向系统的现状及发展趋势王常友董爱杰　　作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3个基本发展阶段。　　1纯机械式转向系统　　机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转

2、向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。　　2液压助力转向系统　　1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统，此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。　　80年代后期，又出现了变减速比的液压

3、动力转向系统。在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(VariableDisplacementPowerSteeringPump)和电动液压助力转向(ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能

4、够起到降低功耗的功效。　　液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。　　但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。　　3汽车电动助力转向系统(EPS)　　EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在Al

5、to上。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英国的Lucas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。　　EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展，EPS技术

6、日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大。　　3．1电动助力转向系统的结构　　电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发展起来的。系统通常由转矩传感器、车速传感器、电子控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成，其结构示意如图1。　　3．2电动助力转向系统的控制框架　　控制部分主要是通过车速和转矩传感器来采集汽车车速和转向盘转向力信号，进行必要的运算处理后发出控制指令给电动机，由电动机为转向提供辅助力。电动助力转向系统的控制框架如图2。　　3．3电动助力转向系统的工作原理　　汽

7、车处于起动或者低速行驶状态时，操纵转向盘转向，装在转向柱上的转矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的扭矩，并将此信号与车速信号同时输入电子控制器，处理器对输入信号进行运算处理，确定助力扭矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机经离合器及减速机构将转矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的功效；当车速超过一定的临界值或者出现故障时，为保持汽车高速时的操控稳定性，EPS系统退出助力工作模式，转向系统转入手动转向模式。不转向的情况下，电动机不工作。工作流程图见图3。　　电

8、动助力转向系统很容易实现在不同的车速下实时的为汽车转向提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。　　3．4电动助力转向系统的主要部件　　3．4．1转矩传感器　　用于检测作用于转向盘上的扭矩信号的大小与方向，由力矩传感器和旋转速度传感器组成。力矩传感器感知转向盘的转向力矩大小，旋转传感器感知转向盘的旋转速度，并把感知的这两个信号传递到电子控制单元。目前采用较多的转矩传感器是扭杆式电位计传感器。　　3．4．2车速传感器　　用于检测汽车的行驶速度，并进行自诊断